Sonda statica di velocità - Tubo di Pitot
Scritto da Stefano "Black Magic"   
Thursday 30 July 2009
La velocità è un parametro di importanza fondamentale per il volo di un aeroplano, poiché un’ala opera entro un range di valori di velocità che devono essere continuamente verificati.
Per misurare la velocità rispetto all'aria di un aeromobile si usano dei sistemi basati sulle sonde di pressione studiate dal matematico e astronomo francese Henry Pitot ai primi del 1700, modificate da Darcy nel ‘800 e poi perfezionate per l’uso aeronautico da Prandtl.
Il sistema di misura impiega una combinazione di sonde di pressione statica/dinamica, che tramite il confronto del gradiente di pressione (la variazione di pressione tenendo conto del segno, cioè se aumenta o diminuisce in una sonda rispetto all’altra) calcola la velocità relativa del fluido incidente, che poi è la velocità dell’aeroplano.

 

Il principio del Pitot è la legge di Bernoulli, che sancisce l’equilibrio tra la pressione di stagnazione (totale) misurata in un fluido e la somma tra pressione statica e dinamica.

 

Pressione di stagnazione = Pressione statica + Pressione dinamica

 

L’espressione introdotta sopra si esprime così:


pressione.jpg

 

Per ricavare la velocità si risolve in funzione di V:

velocit.jpg


Dove
V è la velocità da calcolare, Pt la pressione totale e Ps la pressione statica e
è la densità del fluido.


La pressione totale (Pt) è misurata in un tubo opportunamente lungo e con diametro dell’ordine del cm, che di solito viene montato sotto l’ala o sulla carlinga ed è puntato verso la direzione di moto.

Questo tubo termina con una membrana che ferma il fluido in movimento e ne misura la pressione di stagnazione.

 

presa_dinamica_di_un_f_18_hornet.jpg

Presa dinamica di un F 18 Hornet (Fonte Wikipedia)

 

 

 

La pressione statica è misurata invece in una sonda ‘statica’ che si trova, nel caso più semplice, in forellini perpendicolari alla direzione di moto, sulla superficie del tubo (si vedono nella figura precedente) e, nel caso più complesso, è una presa che si trova sulla superficie dell’aereo, in modo che non venga interessata dal fluido in movimento, ma registri solo la pressione, appunto, statica; ossia del fluido in quiete.

La differenza tra le due pressioni rende la pressione dinamica, che manipolata nella relazione:

 

velocit.jpg   fa ricavare il valore della velocità.

 
Il sistema più semplice di misuratore di velocità vede le due pressioni insistere una membrana tarata, la risultante della deformazione registrata restituisce la velocità su una scala. Questo sistema (in figura da Wikipedia) è usato nei piccoli aerei di General Aviation.
 
ga.jpg
 
 

Gli aeroplani di linea hanno sistemi più sofisticati, dove quarzi piezoelettrici lavorano come celle di carico e indicano la pressione a cui sono sottoposti con grande precisione. Un sistema di elaborazione processa poi i segnali rendendo una misura accurata della velocità del mezzo nel fluido.  

 

sonda.jpg
Raggruppamento presa statica, totale e indicatore di incidenza di un liner (Wikipedia)

 

Perché viene preferito il Pitot rispetto ad altri sistemi? Perché è un sistema semplice, con pochissime parti e nessuna in movimento (che significa che ci sono meno possibilità che qualcosa si rompa) ed è quindi altamente affidabile. Ha, come tutti gli strumenti, delle limitazioni.

  • La sua sensibilità inizia per velocità superiori a valori dell’ordine della decina di nodi (a seconda del modello) e aumenta con l’aumentare della velocità del fluido.
  • Non si comporta bene quando si supera la velocità locale del suono.
  • E’ soggetto a facile ostruzione e quindi necessita di essere controllato ed operato opportunamente (Immagine per cortesia NASA).

 

ghiaccio.jpg
 

 

 

L’ultimo punto è particolarmente importante, anche alla luce delle possibili cause che possano aver innescato, o amplificato, la catena di eventi di incidenti accaduti recentemente.

Le sonde di pitot possono essere riscaldate per prevenire la formazione di ghiaccio ad alta quota o in condizioni meteo particolari.Alcuni esempi possono essere portati per illustrare degli incidenti, anche recenti, che hanno probabilmente interessato le letture di velocità e il corretto funzionamento delle sonde a questo predisposte.

 

Il primo esempio è l’incidente del B2 Spirit of Kansas che è andato perduto a causa di un ostruzione di alcune flush skins (pitot annegati nell’ala):

 

Il secondo esempio è il volo AF443 dove si pensa alla responsabilità che le letture di velocità abbiano avuto nel contribuire alla catena di eventi. Questo incidente, insieme ad altri eventi simili, ha fatto accelerare delle modifiche alle sonde di pitot per garantire il loro funzionamento in ogni condizione operativa. Dettagli sono riportati nei collegamenti allegati.

 

  1. http://webcommunity.ilvolo.it/a330-air-france-af447-scomparso-sull-atlantico-t5666.html
  2. http://webcommunity.ilvolo.it/news-air-france-sostituzione-delle-sonde-pitot-non-t5760.html
  3. http://webcommunity.ilvolo.it/air-france-a320-enroute-on-jul-13th-2009-unreliable-airspee-t6534.html

 


Questo piccolo compendio ha lo scopo divulgativo per illustrare i principi base del Pitot, le sonde usate sui moderni liners, pur sfruttando gli stessi principi, hanno caratteristiche molto più complesse che ne assicurano il funzionamento ottimale in ogni condizione di volo e situazione.


Riferimenti bibliografici:

 

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